合同能源管理在裂解汽油加氫裝置節能改造中的應用

楊帆

（中石化節能技術服務有限公司，北京 100013）

中國石化齊魯分公司烯烴廠第二裂解汽油加氫裝置建于1997年，采用國產化技術，裝置運行能耗66.34 kgEO/t原料，比同類裝置平均能耗45 kgEO/t原料高出近22 kgEO/噸原料。針對這種情況，烯烴廠采用合同能源管理模式，使用成熟的裂解汽油加氫國產化工藝技術，對該裝置進行了節能改造。

1 合同能源管理概述

根據《合同能源管理技術通則》（GB/T24915—2010），合同能源管理（Energy Performance Contracting，EPC）是指節能服務公司與用能單位以契約形式約定節能項目的節能目標，節能服務公司為實現節能目標向用能單位提供必要的服務，用能單位以節能效益支付節能服務公司的投入及其合理利潤的節能服務機制。合同能源管理的業務運行方式主要有節能效益分享型、節能量保證型、能源費用托管型等。

采用合同能源管理進行節能改造，用能企業在零投入、零風險的情況下享受節能項目的高回報，節能公司承擔技術風險、資金風險、質量風險和安全風險。合同期結束后，資產由節能公司無償轉讓給用能企業，用能企業則能繼續享受項目帶來的節能收益。

2 裂解汽油加氫裝置節能改造

2.1 裂解汽油加氫裝置概況

齊魯分公司烯烴廠第二裂解汽油加氫裝置受當時國產化技術水平和裝備制造水平限制，存在以下問題：加熱爐排煙溫度過高，達到400℃以上，熱效率較低；兩臺二段加熱爐給二段反應器進行加熱，換熱流程復雜，燃料消耗較高，熱量回收效果差；脫戊烷塔回流量大，BTX塔運行欠穩定等。同時隨著乙烯原料輕質化，裂解汽油產量下降，裝置負荷降低，裝置能耗進一步上升。

2.2 裂解汽油加氫裝置改造情況

節能項目的改造內容主要包括：對脫戊烷塔和H2S氣提塔進行整塔更換。BTX塔保留塔殼體，更換塔內件。BTX塔塔釜再沸器由強制循環更換為熱虹吸式再沸器，以中壓蒸汽為熱源。塔釜循環泵拆除，新增了塔釜外送泵，更換了塔釜產品冷卻器。同時新增了BTX塔的抽真空系統。對換熱網絡進行了優化。將H2S氣提塔的塔釜加氫汽油與脫戊烷塔的進料進行換熱。新增了二段反應器的進料加熱器。對二段加熱爐進行了改造，停用了一臺加熱爐，剩余一臺加熱爐僅用于補充熱源。改造后的換熱網絡充分利用了工藝物料熱量，使熱回收率得到提高。改造后裂解汽油加氫裝置工藝流程見圖1。

圖1 改造后裂解汽油加氫裝置工藝流程（圖中云線部分為節能改造涉及設備）

3 裝置改造前、后用能狀況

改造充分考慮能量合理利用、蒸汽分級使用、改進換熱流程、反應器進出料換熱采用高效換熱器、改進并優化分餾塔設計，上述多項節能措施的使用，改變了該裝置之前換熱流程復雜、能耗高的狀態，采用ST技術（中國石化專有技術），簡化流程、操作穩定，改造后能耗和物耗均達到國內領先水平。

改造后，經標定后測算該裝置的綜合能耗由2 557 MJ/t原料降低至1 631 MJ/t原料，能耗降低36%，節能效果顯著。

4 項目節能量分析

改造前后能耗基準核實情況見表1。改造后，第二裂解汽油加氫裝置在加工量100%負荷下，原料能耗為1 631 MJ/t，比改造前能耗降低926 MJ/t，其中中壓蒸汽、鍋爐給水、低壓蒸汽以及凝液的輸出占該裝置總能耗的84%，其主要用戶為脫戊烷塔、H2S汽提塔和BTX塔的循環氫壓縮機和再沸器；燃料氣的消耗占裝置總能耗的4.5%；用電量和循環水，分別占總能耗的3.4%和6.4%。

1）中壓蒸汽、鍋爐給水（除氧水）、低壓蒸汽及凝液輸出。

表1 改造前后能耗基準核實情況

中壓蒸汽用于再沸器加熱和驅動循環氫壓縮機透平做功，其中壓縮機消耗中壓蒸汽并對外輸出低壓蒸汽；脫戊烷塔、BTX塔、H2S氣提塔等三個塔的再沸器消耗飽和中壓蒸汽，鍋爐給水用于將過熱蒸汽脫過熱為飽和蒸汽，該股中壓蒸汽用后輸出凝液。

蒸汽及凝結水的能耗為1 374.9 MJ/t，改造前這部分的能耗為2 001.8 MJ/t，降低幅度為31%。主要原因是：

①脫戊烷塔整塔和BTX塔內件更換后，提高了塔的分離效率，降低了回流比，節省了蒸汽用量。

②原料預熱器的投用，整個系統工藝物料的熱量得到充分地回收，塔進料溫度提高，最終降低了脫戊烷塔和H2S汽提塔的蒸汽用量。

2）燃料氣

燃料氣能耗從改造前的691.9 MJ/t下降到改造后的73.6 MJ/t，降低了89.3%。主要是對二段反應系統換熱網絡流程進行了優化，拆除了1臺加熱爐和4臺換熱器，簡化了換熱流程同時明顯提高了反應熱的回收效率，大大減少了燃料氣的消耗。

3）循環水

循環水能耗從改造前的176 MJ/t下降為改造后的104.2 MJ/t，降低幅度為40.7%。主要原因是：

①改造后裝置的二段進出料換熱器的熱回收效率提高，同時二段氣液分離采用熱高分技術，換熱器熱負荷減小。

②更換了脫戊烷塔和BTX塔的塔內件，提高了分離效率，降低了回流比，塔頂冷凝器的循環水用量大大降低。

4）電耗

裝置電耗從改造前的110.4 MJ/t下降到改造后的55.6 MJ/t，降幅達到49%。主要是因為BTX塔釜循環泵GA-604拆除、二段進料泵進行了更換。

5）其他

氮氣、工業風等用量較小，對綜合能耗影響不大，改造前后用量基本沒有變化。

5 合同能源管理的應用分析

5.1 合同能源管理項目實施

該項目改造采用節能效益分享型的合同能源管理模式，烯烴廠與節能公司于2014年簽署合同能源管理合同，由節能公司負責全部投資。項目建設完成后，節能公司與烯烴廠按四種主要耗能工質——燃料氣、電、1.5 MPa蒸汽和循環水——共同確定節能量，按照合同約定比例，即節能公司和烯烴廠按85∶15的比例，分享節能效益。

該項目于2014年11月開始施工，2015年1月裝置一次開車成功，產出合格產品。2015年4月，對裝置的設備處理能力、生產操作狀況和產品質量情況以及耗能情況進行了標定。標定結果顯示，裝置的處理量、產品收率和能耗均達到設計要求，裝置綜合能耗由2 557 MJ/t原料降低至1 631 MJ/t原料，能耗降低36%，節能效果顯著。項目通過烯烴廠驗收后，節能公司于2015年7月正式開始分享節能效益。

5.2 合同能源管理項目節能量計算

按照節能公司和烯烴廠共同確定的某第三方標定機構出具的《項目現場審核報告》，項目節能量計算依據《節能項目節能量審核指南》的產品單耗法，計算公式如下：

節能量=（技改前產品單耗－技改后產品單耗）×技改前產品產量

項目節約的能源包括燃料氣、電、1.5 MPa蒸汽和循環水。選用2012年單耗作為技改前產品單耗，2015年7月至2016年6月單耗作為技改后產品單耗，2012年粗裂解汽油量作為技改前產品產量計算該項目節能量。經計算，項目年節約燃料氣2 767.94 t、電230 293.91 kW·h、1.5 MPa蒸汽32 906.56 t、循環水3 431 386.73 t，年節能量折合標準煤7 624.34 tce，詳見表2。

表2 改造后裝置節能情況

5.3 合同能源管理項目節能效益計算

根據節能公司和烯烴廠簽訂的合同能源管理項目合同的約定，以2012年單耗作為技改前噸原料耗能工質單耗，該項目每月節能效益的計算方法如下：

節能效益（元）=（技改前噸原料耗能工質單耗－技改后噸原料耗能工質單耗）×技改后粗裂解汽油月進料量×耗能工質價格

其中：耗能工質單耗=耗能工質月消耗量/粗裂解汽油月進料量

以某月實際生產數據為例，該月粗裂解汽油進料量為20 200.7 t，燃料氣消耗量22 t，1.5 MPa蒸汽消耗量17 800 t，耗電量19萬kW·h，循環水用量65萬t，詳見表3。

表3 改造后裝置各工質單耗情況

改造后，第二裂解汽油加氫裝置中壓蒸汽及凝結水的消耗比改造前降低31%，燃料氣降低89%，循環水降低41%，電耗降低49%。綜合上述四種耗能工質，第二裂解汽油加氫裝置的年節能效益約為1 400萬元。

5.4 實施合同能源管理的優勢

采用合同能源管理模式進行節能改造，節能公司為烯烴廠提供了包括節能咨詢、項目設計、工程施工、設備安裝調試、節能量確認和保證等一整套節能服務。烯烴廠在項目初期無需資金投入，同時節能效益分享期內還能分享效益。該項目概算含稅投資3 600萬元，實際含稅投資2 200萬元，項目年節能效益約為1 400萬元。根據國家相關稅收減免優惠政策，該項目所得稅部分實行“三免三減半”的優惠政策，即項目前三年免收所得稅，后三年執行所得稅減半的政策。2016年，該項目成功獲得國家關于合同能源管理的財政獎勵資金176萬元。

節能公司的服務使項目整合度得到提高，首先使整個節能項目的審批流程得到了簡化，加快了項目的推進；其次節能公司統籌整個項目規劃和建設，有效降低了項目投資；再次，合同能源管理能享受到多項國家稅收優惠政策和國家及地方的財政獎勵，大大增加了節能項目的盈利能力。

6 結論

該項目是齊魯分公司與節能公司合作，由節能公司投資，以合同能源管理模式對齊魯分公司裂解汽油加氫裝置進行節能改造。改造后裝置綜合能耗由2 557 MJ/t原料降低至1 631 MJ/t原料，能耗降低36%，年節能效益約1 400萬元。改造后裝置處理量、產品收率和能耗均達到設計要求。換熱網絡的優化使燃氣消耗量較改造前降低了89%。

該項目通過合同能源管理的成功實踐，為實施節能項目改造的用能單位和節能公司都帶來了可觀的經濟收入和環保效益，而且裂解汽油加氫裝置的高溫煙氣和二氧化碳排量相應大幅降低，達到節能減排的目的。節能公司在合同期內收回全部項目投資并獲得經濟效益，用能單位裝置能耗降低的同時也獲得實際的收益，為石油化工企業采用合同能源管理模式進行節能改造提供了很好的借鑒。